UPS的分类方法有很多,从储能方式可以大致分为动态UPS和静态UPS,动态UPS和静态UPS又可以细分为后备式,在线互动式,在线双转换式等;从技术上有工频高频之分,高频机中又细分为塔式机和模块化。
1.动态UPS分类
动态UPS的不间断供电是通过旋转部件释放动能,静态UPS以蓄电池为储能工具,动态UPS的典型代表是飞轮UPS,静态UPS目前市场应用最多的是双在线转换式UPS。
动态飞轮UPS经过几十年的发展与改进,在大功率UPS市场有着独树一帜的应用。市场上应用的飞轮UPS主要有如下几种。
a).在线双变换式飞轮UPS(典型代表:Vycon解决方案)
这种结构与在线双变换式UPS非常相像,区别在于,使用飞轮代替了电池进行储能,需要搭配传统UPS进行使用,因此应用比较局限。
Vycon于2002年成立,专门从事飞轮储能研发生产。产品主要应用在北美。该飞轮后备时间可以达到15~90s。
b).旋转在线式飞轮UPS(典型代表:Piller解决方案)
不同于以上的Vycon解决方案,该解决方案替代传统UPS。
耦合扼流圈主要功能是实现电能转换,补偿和滤波。
核心部件是M/G电动-发电机(UNIBLOCK?),市电正常时作为电动机带动飞轮(给飞轮充电),市电异常时飞轮放电,作为发电机,完全是机械式取代电力电子变换,没有电力电子变换的精确控制,电网适应性和逆变出的质量会变差。
Piller是UPS领域的百年老店,主打产品UNIBLOCK-T,总部在德国。目前产品主要应用在欧洲和北美。
c).在线互动式飞轮UPS(典型代表:ActivePower解决方案)
该方案替代传统UPS+电池方案。
在线互动式是目前国内应用最多的方案。工作原理同在线互动式UPS,类似一个有源滤波器,可实现简单的滤波和稳压功能,拓扑简单,效率较高。但是电网适应性和输出性能指标明显偏差。
2.三种动态UPS抗电网干扰能力对比
以上是三种比较典型的动态UPS,下面表格对这三种动态UPS抗电网干扰能力做一个简单的对比。
表1:三种动态UPS抗电网干扰能力对比
通过以上表格可以看出,在线双变换式飞轮UPS是抗干扰能力最强的,但是这种飞轮UPS必须搭配传统UPS进行使用,应用比较局限,目前国内应用最多的是在线互动式飞轮UPS。
3.静态UPS分类
以上介绍了动态UPS的一些常见架构,下面对应介绍一些静态UPS。不同于动态UPS,静态UPS以电池为储能工具。从工作原理分类来说,常见的静态UPS主要有后备式,在线互动式,Delta变换式以及在线变换式双四种。
a).后备式UPS
后备式UPS只有在供电异常才启动逆变器,正常供电时无法对市电电网问题进行调节,供电质量相比而言较差,但其效率较高。
该架构多用于容量小于3KVA的UPS,结构简单,一般备电时间在10分钟左右,通常是方波输出,主要应用场景是PC机等。
b).在线互动式UPS
在线互动式UPS相比后备式而言,增加了稳压环节,供给负载改良过的市电。其成本低,电路比较简单,但是无法消除输入失真和干扰。并且切换时有转换时间。该架构应用于功率容量5KVA的以下的小容量UPS,结构简单,通常是方波输出或模拟正弦波输出。多用于对PC或办公设备提供保护。
c).Delta变换式UPS
Delta变换UPS的核心为Delta变换器和主变换器。
Delta变换器的作用为:
控制输入电流,是一个高阻正弦波电流源;
控制电流充电;
补偿输入电压,保证输出电压稳定不变;
控制调整输入功率因数。
主变换器的作用为:
控制并稳定输出电压,是一个低内阻正弦波电压源;
给电池充电;
市电掉电时,向负载供电;
市电正常时,补偿负载电流中的无功和谐波成分。
从Delta变换器和主变换器的作用可以看出,Delta变换式UPS对输入调节能力更强,当然,结构也比在线互动式复杂。该架构应用于功率容量20-200KVA的UPS,输出为正弦波。
d).在线变双换式UPS
在线双变换式UPS可以为负载提供很完美的保护,可以滤除电网中基本所有的干扰和谐波,缺点是架构复杂,一般成本较高。该架构应用于功率容量为1-1200KVA的UPS;几个架构对比来说可靠性最高,目前80%UPS均采用该架构,输出为标准正弦波,主要对IT负载或其它行业重要负载提供保护。
UPS工作状态有多种,分别为主路模式,静态旁路模式,电池模式以及维修旁路模式。在线双变换式UPS从架构来说还分为工频机和高频机,后文将会讲到。
4.静态UPS抗电网干扰能力对比
下表为以上介绍的四种静态UPS架构对电网干扰能力的对比。
○:可以抵抗